MOS概述及应用课件.ppt

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1、n nMOSFETMOSFET：全称：全称：“Metal-Oxide-Semiconductor Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor”Field-Effect-Transistor”（金属（金属-氧化物氧化物-半导体型场效应半导体型场效应管）管）n n根据沟道类型：根据沟道类型：MOSMOS可分为可分为N N沟沟MOSMOS和和P P沟沟MOSMOSn n根据开启电压的正负：根据开启电压的正负：MOSMOS可分为增强型和耗尽型可分为增强型和耗尽型n n根据工艺结构：根据工艺结构：MOSMOS可分为水平导电结构和垂直导电可分为水平导

2、电结构和垂直导电结构结构n n根据应用：根据应用：MOSMOS可分为高压可分为高压MOSMOS和低压和低压MOSMOSn n我司我司MOSMOS产品目前都是作为开关应用的增强型产品目前都是作为开关应用的增强型NMOSNMOS。MOS分类1 1PPTPPT课件课件MOS的开关功能 MOS MOS产品目前都用做开关，其基本功能就是通过对栅极产品目前都用做开关，其基本功能就是通过对栅极g g施加电压来控施加电压来控制制DSDS间的电流。见左上示意图，间的电流。见左上示意图，g g和和S S之间是绝缘的，之间是绝缘的，S S和和D D是同型材是同型材料（料（P P），中间存在一沟道是与），中间存在一沟

3、道是与S S和和D D相反的材料（相反的材料（N N），当），当gsgs间施加间施加电压存在电场时，沟道反型（由电压存在电场时，沟道反型（由N N变变P P），于是），于是D D到到S S就导通了。就导通了。n ng g端未加电时，端未加电时，D D到到S S是高阻态，电流无法从是高阻态，电流无法从D D流到流到S S，此时开关工作在，此时开关工作在关闭状态。关闭状态。n ng-sg-s间的电压大于间的电压大于VthVth时，时，D D到到S S是低阻态，电流能从是低阻态，电流能从D D流到流到S S，此时开，此时开关工作在导通状态。关工作在导通状态。*见右上标准示意图，由于见右上标准示意图，

4、由于S S到到D D间存在一寄生体二极管，所以不管间存在一寄生体二极管，所以不管G G端是端是否施加电压，电流都能从从否施加电压，电流都能从从S S端流到端流到D D。2 2PPTPPT课件课件垂直导电MOSFETn n根据栅氧槽形状，可分成VMOS、UMOS、TMOS、DMOS等3 3PPTPPT课件课件1001M导电结构n n1001纵向剖面图4 4PPTPPT课件课件MOS主要应用范围高压高压高压高压MOSMOS：n n1 1、PCPC电源：电源：2N602N60、4N604N60、10N6010N60n n2 2、节能灯：、节能灯：830830（5A500V5A500V）、）、8408

5、40（8A500V8A500V）、）、n n3 3、电子镇流器：电子镇流器：830830、840840、5N505N50；n n4 4、充电器、笔记本适配器：充电器、笔记本适配器：1N601N60、2N602N60、4N604N60、5N605N60、6N606N60、7N607N60、8N608N60、10N6010N60；低压低压低压低压MOSMOS：n n5 5、电动工具：电动工具：60N0660N06、；、；n n6 6、电动车：电动车：10011001、1808 1808；n n7 7、锂电池保护：锂电池保护：82058205；n n8 8、UPSUPS：10011001、17071

6、707；5 5PPTPPT课件课件75N75在电动车控制器上的应用n n1001M1001Mn n1001P1001Pn n1808180824V24V、36V36V、48V48V控制器控制器控制器控制器24V24V、36V36V、48V48V、60V60V控制器控制器控制器控制器n n ST75NF75 ST75NF75n n LT7508 LT7508n n NEC4145 NEC4145同类竞争产品6 6PPTPPT课件课件MOS主要参数说明BVDSSBVDSS：漏源击穿电压。指：漏源击穿电压。指MOSMOS管关闭时，高阻态的管关闭时，高阻态的D D到到S S间，所能承受的最大电压间，所

7、能承受的最大电压.这是一项极限参数，工作时这是一项极限参数，工作时超出该值芯片将损坏。超出该值芯片将损坏。IDSSIDSS：与：与BVDSSBVDSS具有同一性。即具有同一性。即MOSMOS管关闭时管关闭时,D,D到到S S间在间在指定电压下的漏电流，该值越小越好。指定电压下的漏电流，该值越小越好。Rds(onRds(on)：即即MOSMOS管导通时，在管导通时，在IdsIds电流下电流下DSDS间产生的压间产生的压降降VdsVds，RdsRds（onon）=Vds=Vds/Ids/Ids。对于工作在低频下的。对于工作在低频下的MOSMOS开关，该参数是衡量开关，该参数是衡量MOSMOS功耗的

8、主要参数。一定芯功耗的主要参数。一定芯片面积下，片面积下，Rds(onRds(on)小的小的BVDSSBVDSS也小。也小。Vgs(thVgs(th)：开启电压（阈值电压）。：开启电压（阈值电压）。gsgs间的正压差大于该间的正压差大于该电压后，电压后，MOSMOS管的管的DSDS间由高阻态转为导通态。间由高阻态转为导通态。7 7PPTPPT课件课件MOS主要参数说明n nEAS-EAS-单脉冲雪崩击穿能量单脉冲雪崩击穿能量。简单的说，反应了器件作为开。简单的说，反应了器件作为开关的抗冲击能力。关的抗冲击能力。EASEAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高

9、低。当负载电感上产生的电压超过击穿能量的高低。当负载电感上产生的电压超过MOSMOS击穿击穿电压电压BVDSSBVDSS后，将出现雪崩击穿，此时后，将出现雪崩击穿，此时MOSFETMOSFET虽然处于虽然处于关断状态，但电感上的电流仍能强行流过关断状态，但电感上的电流仍能强行流过MOSFETMOSFET器件，器件，此时在器件上消耗的能量此时在器件上消耗的能量=电感中储存的能量。电感中储存的能量。EAS=1/2*LIIEAS=1/2*LII（BVD/(BVD-VD)BVD/(BVD-VD)）n nIAS-IAS-单脉冲单脉冲雪崩击穿电流雪崩击穿电流 。由于雪崩击穿过程中通过芯。由于雪崩击穿过程中

10、通过芯片的电流存在集边效应，这就需要对雪崩电流片的电流存在集边效应，这就需要对雪崩电流IASIAS进行限制进行限制。实际上，。实际上，雪崩电流是雪崩电流是EASEAS能量的能量的“精细阐述精细阐述”，其揭示，其揭示了器件真正的能力。了器件真正的能力。8 8PPTPPT课件课件MOS静态参数n nIds(onIds(on)-)-芯片在最大额定结温下，管壳在芯片在最大额定结温下，管壳在2525或更高温或更高温度下，可持续导通的漏极电流。度下，可持续导通的漏极电流。换句话说，就是芯片工作时产生的热量，可由换句话说，就是芯片工作时产生的热量，可由“晶圆晶圆-铜框架铜框架-散热片散热片-环境环境”的导热

11、途径发散掉，且最后热平衡的导热途径发散掉，且最后热平衡时的芯片结温不超过最大结温。时的芯片结温不超过最大结温。该参数由封装、最大允许结温、导通电阻、芯片面积该参数由封装、最大允许结温、导通电阻、芯片面积等综合因素决定。等综合因素决定。某些情况下，封装是限制某些情况下，封装是限制IDID（onon）的主）的主要原因要原因；TO-247TO-247和和TO-264TO-264封装的最大电流封装的最大电流100Amps100Amps，TO-TO-220220封装的最大电流为封装的最大电流为75Amps75Amps，SOT-227SOT-227封装的最大电流封装的最大电流为为220Amps220Amp

12、s。开关应用中实际开关电流通常小于开关应用中实际开关电流通常小于ID ID 额定额定值值 TC=25 TC=25的一半；例如的一半；例如48V48V六管控制器，限流值为六管控制器，限流值为17A17A，意即单颗，意即单颗MOSMOS要承载要承载17A17A的持续电流。的持续电流。9 9PPTPPT课件课件MOS静态参数n nIDMIDM-该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于冲电流要远高于Ids(ONIds(ON)。设定电流密度上限防止芯片由。设定电流密度上限防止芯片由于温度过高而烧毁。于温度过高而烧毁。防止过高电流流经封装引线，

13、因为防止过高电流流经封装引线，因为在某些情况下，整个芯片上最在某些情况下，整个芯片上最“薄弱的连接薄弱的连接”不是芯片，不是芯片，而是封装引线。该参数由脉冲宽度、脉冲间隔、散热状况、而是封装引线。该参数由脉冲宽度、脉冲间隔、散热状况、RDS(onRDS(on)、脉冲电流波形和幅度等综合因素决定。单纯满、脉冲电流波形和幅度等综合因素决定。单纯满足脉冲电流不超出足脉冲电流不超出IDMIDM上限并不能保证结温不超过最大允上限并不能保证结温不超过最大允许值。许值。n n目前我司目前我司HY1001HY1001和和HY1808HY1808都能承受都能承受:IDM=160AIDM=160A、脉冲、脉冲、脉

14、冲、脉冲宽度不超过宽度不超过宽度不超过宽度不超过20uS20uS的电流。的电流。的电流。的电流。1010PPTPPT课件课件MOS动态参数n ngfsgfs-正向跨导正向跨导 。表示栅源电压。表示栅源电压UGS UGS 对漏极电流对漏极电流IDID的的控制能力，即漏极电流控制能力，即漏极电流IDID变化量与栅源电压变化量与栅源电压UGSUGS变化量的变化量的比值比值.n ndv/dt-dv/dt-电压上升率（控制器电路参数）电压上升率（控制器电路参数）由于由于MOSFETMOSFET的封装电感和线路的杂散电感的存在，在的封装电感和线路的杂散电感的存在，在MOSFETMOSFET反向恢复电流反向

15、恢复电流IrrIrr突然关断时，突然关断时，MOSFETMOSFET上的电压上的电压VdsVds会出现振铃，导致会出现振铃，导致VdsVds超过超过MOSFETMOSFET的的BVDSSBVDSS从而发生从而发生雪崩现象。雪崩现象。若若MOSFETMOSFET的米勒电容的米勒电容CgdCgd 偏大的同时且偏大的同时且VTHVTH又偏小，又偏小，则则MOSFETMOSFET在关闭的瞬间，将在在关闭的瞬间，将在GSGS端感应出电压（与端感应出电压（与dv/dtdv/dt、CgdCgd、CgsCgs、RGRG相关），若该电压大于相关），若该电压大于VTHVTH，则将导致，则将导致Cdv/dtCdv/

16、dt感应导通感应导通感应导通感应导通。1111PPTPPT课件课件n n结电容结电容、QgQg、上升、上升、上升、上升/下降时间是影响开关损耗的动态参数，下降时间是影响开关损耗的动态参数，下降时间是影响开关损耗的动态参数，下降时间是影响开关损耗的动态参数，器件工作频率越高，这些参数的影响就越大。器件工作频率越高，这些参数的影响就越大。器件工作频率越高，这些参数的影响就越大。器件工作频率越高，这些参数的影响就越大。CdsCds-漏漏-源电容源电容 CduCdu-漏漏-衬底电容衬底电容 CgdCgd-栅栅-源电容源电容CgsCgs-漏漏-源电容源电容CissCiss-栅短路共源输入电容栅短路共源输

17、入电容CossCoss-栅短路共源输出电容栅短路共源输出电容CrssCrss-栅短路共源反向传输电容栅短路共源反向传输电容MOS动态参数1212PPTPPT课件课件MOS参数中英文对照表n ndi/dtdi/dt-电流上升率（外电路参数）电流上升率（外电路参数）n ndv/dtdv/dt-电压上升率（外电路参数）电压上升率（外电路参数）n nID-ID-漏极电流（直流）漏极电流（直流）n nIDM-IDM-漏极脉冲电流漏极脉冲电流n nID(onID(on)-)-通态漏极电流通态漏极电流n nIDQ-IDQ-静态漏极电流（射频功率管）静态漏极电流（射频功率管）n nIDS-IDS-漏源电流漏源

18、电流n nIDSM-IDSM-最大漏源电流最大漏源电流n nIDSS-IDSS-栅栅-源短路时，漏极电流源短路时，漏极电流n nIDS(satIDS(sat)-)-沟道饱和电流（漏源饱和沟道饱和电流（漏源饱和电流）电流）n nIG-IG-栅极电流（直流）栅极电流（直流）n nIGF-IGF-正向栅电流正向栅电流n nIGR-IGR-反向栅电流反向栅电流n nIGDO-IGDO-源极开路时，截止栅电流源极开路时，截止栅电流n nIGSO-IGSO-漏极开路时，截止栅电流漏极开路时，截止栅电流n nIGM-IGM-栅极脉冲电流栅极脉冲电流n nIGP-IGP-栅极峰值电流栅极峰值电流n nIF-I

19、F-二极管正向电流二极管正向电流n nIGSS-IGSS-漏极短路时截止栅电流漏极短路时截止栅电流n nIDSS1-IDSS1-对管第一管漏源饱和电流对管第一管漏源饱和电流n nIDSS2-IDSS2-对管第二管漏源饱和电流对管第二管漏源饱和电流n nIuIu-衬底电流衬底电流n nIprIpr-电流脉冲峰值（外电路参数）电流脉冲峰值（外电路参数）n ngfsgfs-正向跨导正向跨导n nGpGp-功率增益功率增益n nGpsGps-共源极中和高频功率增益共源极中和高频功率增益n nGpGGpG-共栅极中和高频功率增益共栅极中和高频功率增益n nGPD-GPD-共漏极中和高频功率增益共漏极中和

20、高频功率增益n nggdggd-栅漏电导栅漏电导n n gds-gds-漏源电导漏源电导n n K-K-失调电压温度系数失调电压温度系数n n Ku-Ku-传输系数传输系数 VDS-VDS-漏源电压（直流）漏源电压（直流）VGS-VGS-栅源电压（直流）栅源电压（直流）VGSF-VGSF-正向栅源电压（直流）正向栅源电压（直流）VGSR-VGSR-反向栅源电压（直流）反向栅源电压（直流）VDD-VDD-漏极（直流）电源电压漏极（直流）电源电压（外电路参数）（外电路参数）VGG-VGG-栅极（直流）电源电压栅极（直流）电源电压（外电路参数）（外电路参数）VssVss-源极（直流）电源电压源极（直

21、流）电源电压（外电路参数）（外电路参数）VGS(thVGS(th)-)-开启电压或阀电压开启电压或阀电压V V（BRBR）DSS-DSS-漏源击穿电压漏源击穿电压V V（BRBR）GSS-GSS-漏源短路时栅源漏源短路时栅源击穿电压击穿电压VDS(onVDS(on)-)-漏源通态电压漏源通态电压VDS(satVDS(sat)-)-漏源饱和电压漏源饱和电压VGD-VGD-栅漏电压（直流）栅漏电压（直流）VsuVsu-源衬底电压（直流）源衬底电压（直流）VDuVDu-漏衬底电压（直流）漏衬底电压（直流）VGuVGu-栅衬底电压（直流）栅衬底电压（直流）ZoZo-驱动源内阻驱动源内阻-漏极效率（射频

22、功率管）漏极效率（射频功率管）VnVn-噪声电压噪声电压aIDaID-漏极电流温度系数漏极电流温度系数ardsards-漏源电阻温度系数漏源电阻温度系数L-L-负载电感（外电路参数）负载电感（外电路参数）LD-LD-漏极电感漏极电感Ls-Ls-源极电感源极电感rDSrDS-漏源电阻漏源电阻rDS(onrDS(on)-)-漏源通态电阻漏源通态电阻rDS(ofrDS(of)-)-漏源断态电阻漏源断态电阻rGDrGD-栅漏电阻栅漏电阻rGSrGS-栅源电阻栅源电阻RgRg-栅极外接电阻（外电路栅极外接电阻（外电路参数）参数）RL-RL-负载电阻（外电路参数）负载电阻（外电路参数）R(th)jcR(t

23、h)jc-结壳热阻结壳热阻R(th)jaR(th)ja-结环热阻结环热阻PD-PD-漏极耗散功率漏极耗散功率PDM-PDM-漏极最大允许耗散功漏极最大允许耗散功率率PIN-PIN-输入功率输入功率POUT-POUT-输出功率输出功率PPK-PPK-脉冲功率峰值（外电脉冲功率峰值（外电路参数）路参数）to(onto(on)-)-开通延迟时间开通延迟时间td(offtd(off)-)-关断延迟时间关断延迟时间ti ti-上升时间上升时间ton-ton-开通时间开通时间tofftoff-关断时间关断时间tf tf-下降时间下降时间trrtrr-反向恢复时间反向恢复时间TjTj-结温结温TjmTjm-

24、最大允许结温最大允许结温Ta-Ta-环境温度环境温度TcTc-管壳温度管壳温度TstgTstg-贮成温度贮成温度1313PPTPPT课件课件（1 1）控制器限流值的控制器限流值的控制器限流值的控制器限流值的大小大小大小大小?主主要要是是受受功功率率管管本本身身允允许许通通过过最最大大电电流流限限制制，一一般般的的:6:6管管限限流流18A;918A;9管管限限流流25A;1225A;12管管限限流流33A33A。超超过过以以上上设设置置来来使使用用MOSMOS管管，若若出出现现问问题题则则非非我我司司责责任任。事事实实上上，由由于于电电动动车车控控制制器器散散热热性性能能不不好好，控控制制器器

25、最最大大电电流流值值只只取功率管的取功率管的1/41/4左右。左右。（2 2）控制器上导电铜线的粗细控制器上导电铜线的粗细控制器上导电铜线的粗细控制器上导电铜线的粗细?6 6管控制器导电丝请用直径管控制器导电丝请用直径1.5mm1.5mm的铜导电丝；的铜导电丝；9 9管、管、1212管控制器导电丝请用直径管控制器导电丝请用直径1.8mm1.8mm的铜导电丝的铜导电丝 1515管管、1818管管控控制制器器导导电电丝丝请请用用直直径径2.5mm2.5mm的的铜铜导导电电丝丝 。与MOS相关的控制器问题1414PPTPPT课件课件（3 3）在生产调试过程中，常发现芯片、在生产调试过程中，常发现芯片

26、、在生产调试过程中，常发现芯片、在生产调试过程中，常发现芯片、MOSMOS管坏掉，不知管坏掉，不知管坏掉，不知管坏掉，不知什么原因？什么原因？什么原因？什么原因？可能是防静电措施没有做好；还有就是测量绝缘时，可能是防静电措施没有做好；还有就是测量绝缘时，摇表摇的过快，导致瞬间电压很高，将元件击穿；还有就摇表摇的过快，导致瞬间电压很高，将元件击穿；还有就是第一次调试好的控制器随意堆在一起，因为板子上存在是第一次调试好的控制器随意堆在一起，因为板子上存在电解电容，势必对其他板子上器件有影响。电解电容，势必对其他板子上器件有影响。电子产品对防电子产品对防电子产品对防电子产品对防静电要求较高。防静电措

27、施不当，将直接影响生产效率和静电要求较高。防静电措施不当，将直接影响生产效率和静电要求较高。防静电措施不当，将直接影响生产效率和静电要求较高。防静电措施不当，将直接影响生产效率和返修率。返修率。返修率。返修率。（4 4）为什么有些厂自行设计的控制器返修率特别高？为什么有些厂自行设计的控制器返修率特别高？为什么有些厂自行设计的控制器返修率特别高？为什么有些厂自行设计的控制器返修率特别高？控制器坏，一般都是温度过高控制器坏，一般都是温度过高“烧烧”坏的，主要原因坏的，主要原因有：硬件上驱动电路参数与功率管参数不匹配、导电丝用有：硬件上驱动电路参数与功率管参数不匹配、导电丝用的不对；软件上保护功能不

28、强，没有成熟的同步整流技术的不对；软件上保护功能不强，没有成熟的同步整流技术(主要用于降温主要用于降温)、相短路保护技术、相短路保护技术(很多控制器在大电流运很多控制器在大电流运行下，相短路时，一拉转把功率管就坏行下，相短路时，一拉转把功率管就坏)、堵转保护技术。、堵转保护技术。这些关键技术的解决将大大降低控制器的返修率。这些关键技术的解决将大大降低控制器的返修率。与MOS相关的控制器问题1515PPTPPT课件课件（5 5）、控制器中的）、控制器中的MOSMOS经常经常“坏掉坏掉”，到底是什么原因？，到底是什么原因？1.1.控制器温度过高，将功率管控制器温度过高，将功率管“烧烧”坏，打开控制

29、器可坏，打开控制器可以看到功率管上面的塑封体被烧化了以看到功率管上面的塑封体被烧化了.这主要是控制器长这主要是控制器长期在大电流下运行造成的，可能是期在大电流下运行造成的，可能是MOSMOS与散热片上的螺与散热片上的螺丝未拧紧导致散热不良。连接丝未拧紧导致散热不良。连接MOSMOS的螺丝和塑料粒子也的螺丝和塑料粒子也容易变形烧坏，可以在塑料粒子和螺丝之间再垫上金属容易变形烧坏，可以在塑料粒子和螺丝之间再垫上金属平垫片和弹簧垫片，保证塑料粒子被压紧，同时散热性平垫片和弹簧垫片，保证塑料粒子被压紧，同时散热性能也会好点。能也会好点。2.2.另外，控制器软件和硬件保护做的又不到位，还有驱另外，控制器

30、软件和硬件保护做的又不到位，还有驱动电路与功率管不匹配都会导致这种问题。建议客户将动电路与功率管不匹配都会导致这种问题。建议客户将样品寄给我们，以便匹配；样品寄给我们，以便匹配；3.3.电机本身设计的不好。这点从相对地波形容易看出。电机本身设计的不好。这点从相对地波形容易看出。如果相对地波形不是梯形波，而是有明显的电压突变现如果相对地波形不是梯形波，而是有明显的电压突变现象，就会使象，就会使dV/dtdV/dt过大，也会导致过大，也会导致MOSMOS管易坏，这点建管易坏，这点建议电机厂修改电机。议电机厂修改电机。与MOS相关的控制器问题1616PPTPPT课件课件n nMOSMOS管的管的Di

31、eDie面积、面积、RdsonRdson、IdsonIdson、IdmIdm决定了决定了MOSMOS导通电流的能力，可根据以上参数衡量控制导通电流的能力，可根据以上参数衡量控制器的电流堵转和爬坡能力。器的电流堵转和爬坡能力。n nBVDSSBVDSS决定了是否可用在决定了是否可用在48V48V、60V60V以及更高电压以及更高电压版本的控制器上。版本的控制器上。n nEASEAS、IASIAS的大小决定了控制器上的大小决定了控制器上MOSMOS刹车急停等刹车急停等抗冲击的能力。抗冲击的能力。n n对于并联使用的多管控制器，对于并联使用的多管控制器，静态、动态参数的静态、动态参数的一致性，决定了控制器驱动电机的可靠性。若某些一致性，决定了控制器驱动电机的可靠性。若某些参数不匹配，由于动态电流的分布不均，则可能在参数不匹配，由于动态电流的分布不均，则可能在启动和刹车时出现电机噪音，严重的时候将烧毁启动和刹车时出现电机噪音，严重的时候将烧毁MOSMOS和控制器。和控制器。与MOS相关的控制器问题1717PPTPPT课件课件